幾種摻雜聚苯胺的制備

幾種摻雜聚苯胺的制備

作為導(dǎo)電聚合物，聚苯胺（pui）是目前應(yīng)用最廣泛的電導(dǎo)率材料。其結(jié)構(gòu)多樣,導(dǎo)電率高,摻雜機制獨特,物理性能優(yōu)異,環(huán)境穩(wěn)定性良好,原料廉價易得,合成方法簡便導(dǎo)電高分子PANI不僅具有聚合物的大分子結(jié)構(gòu),同時也具有導(dǎo)體的導(dǎo)電性PANI只有摻雜后才表現(xiàn)出導(dǎo)電性,但普通無機酸摻雜PANI后由于鏈的強剛性以及分子鏈上帶電荷導(dǎo)致的分子鏈間的強相互作用使它不溶不熔,極大地限制了它的應(yīng)用1試驗部分1.1a.晶純試劑本征態(tài)聚苯胺(PANI-EB),自制。鹽酸(HA)、硫酸(SA),北京化工廠生產(chǎn)。5-磺基水楊酸(SSA)、對甲苯磺酸(TSA),天津市福晨化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。DBSA,上海晶純試劑公司生產(chǎn)。N,N-二甲基甲酰胺(DMF),天津市富宇細(xì)化工有限公司生產(chǎn)。N-甲基吡咯烷酮(NMP),天津市博迪化工有限公司生產(chǎn)。天津市泰斯特儀器有限公司生產(chǎn)的電熱真空干燥箱,杭州儀表電機有限公司生產(chǎn)的數(shù)顯恒溫磁力攪拌器,上海申生科技有限公司生產(chǎn)的恒溫水浴鍋,上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的電子天平,杭州儀表電機有限公司生產(chǎn)的數(shù)顯攪拌機,蘇州電訊儀器廠生產(chǎn)的四探針數(shù)字式電阻,美國PerkinElmer公司生產(chǎn)的傅里葉變換紅外光譜儀、紫外-可見光分光光度計,德國耐馳公司生產(chǎn)的熱重分析儀。1.2pani-ha、pani-sa,pani-tsa,pani-dbsa的制備取2.0gPANI-EB,分別加入100mL濃度為1.0mol/L的HA溶液、SA溶液、SSA溶液、TSA溶液、DBSA溶液中,磁力攪拌12h,過濾5次,用去離子水洗滌5次,產(chǎn)物在60℃真空干燥24h,得到PANI-HA、PANI-SA、PANI-SSA、PANI-TSA、PANI-DBSA。1.3電導(dǎo)率的測量取0.25gPANI粉末,在20MPa的壓力下壓片3min,制得圓形薄片,采用四探針法測試PANI的電導(dǎo)率。1.4pani溶液的制備稱取PANI粉末約0.4g,用98%濃硫酸為溶劑,制備250mL的PANI溶液。在25℃恒溫水浴中恒溫30min后,用烏氏黏度計測定其特性黏度。1.5pani的分離、干燥稱取0.4gPANI粉末,分批加入到50mL有機溶劑(DMF或NMP)中,加熱至60℃,保持恒溫,并不斷攪拌(3h),分離出未溶解的PANI,用去離子水洗滌5次,60℃真空干燥24h、稱重。1.6紫外-可見光分析采用PerkinElmer公司Lambda900紫外-可見光光譜儀測試與表征PANI的紫外-可見光光譜,光譜范圍為200~1000cm1.7紅外光譜表征采用美國PerkinElmer公司16PCFTIR型傅里葉變換紅外光譜儀測試與表征PANI的紅外光譜,光譜范圍為600~2000cm1.8熱重分析采用德國耐馳公司生產(chǎn)的TG209熱重分析儀,測試PANI的熱穩(wěn)定性,升溫速率為10℃/min,溫度范圍為0~600℃。2結(jié)果與討論2.1酸摻雜對pani電導(dǎo)率的影響表1所示為摻雜態(tài)PANI的特性黏度和電導(dǎo)率。由表1可知:(1)摻雜態(tài)PANI的特性黏度大小依次為PANI-HA>PANI-SA>PANI-TSA>PANI-SSA>PANI-DBSA。因為有機酸的陰離子體積較大,增加了PANI大分子鏈之間的距離,使PANI大分子鏈之間的相互作用力減小,因此有機酸摻雜PANI的特性黏度較小。(2)摻雜態(tài)PANI的電導(dǎo)率大小依次為PANI-DBSA>PANI-HA>PANI-SA>PANI-TSA>PANI-SSA。相同體積下,無機酸(HA和SA)在水溶液中更容易水解,溶液中的H2.2無機酸鹽酸摻雜表2所示為PANI在DMF和NMP中的溶解性測試結(jié)果。由表2可知:與PANI-EB相比,PANI-TSA和PANI-DBSA的溶解率有明顯提高,然而PANI-HA的溶解率卻降低了。這是因為無機酸鹽酸的分子極性較強,因此通過鹽酸摻雜制得的PANI-HA分子鏈的極性也較強,大分子鏈間的相互作用力強,所以PANI-HA的溶解性較差;而有機酸TSA和DBSA分子鏈中同時含有非極性基團和極性基團,通過摻雜將TSA和DBSA的陰離子接枝到PANI-EB的支鏈上,起到增溶作用,因此PANI-TSA和PANI-DB-SA的溶解性較好。PANI在NMP中的溶解率均比在DMF中的高,這是因為有機溶劑NMP是中等極性溶劑,同時,PANI-TSA和PANI-DBSA也是中等極性,根據(jù)相似相溶原理,PANI-TSA和PANI-DBSA可以較好地溶解于NMP中。2.3pani的紅外特性由圖1可知:相對于PANI-EB的特征吸收峰,PANI-HA、PANI-SA、PANI-SSA、PANI-TSA和PANI-DBSA的特征吸收峰向右側(cè)移動,即向低頻方向移動,出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。PANI的紅外光譜特性如表3所示。由表3可知:經(jīng)HA、SA、SSA、TSA和DBSA摻雜后,N=Q=N吸收峰向右側(cè)移動,出現(xiàn)紅移現(xiàn)象,紅移量從大到小為:PANI-HA(57cm表3中,S2.4峰紅移量分布圖2所示為PANI的紫外-可見光吸收光譜圖。PANI-EB經(jīng)過HA、SA、SSA、TSA和DBSA摻雜,出現(xiàn)特征峰紅移現(xiàn)象。其中,PANI-DBSA的紅移量最大,PANI-EB在260nm處的吸收峰移至350nm處,紅移量為90nm;480nm處的吸收峰移至690nm處,紅移量為210mn。PANI-HA,PANI-SA、PANI-SSA和PANI-TSA的紅移量相差不大,這與紅外光譜分析結(jié)果基本一致。2.5溫度對pani-eb穩(wěn)定性的影響PANI的熱失重曲線如圖3~5所示。由圖3可知:當(dāng)溫度較低時,PANI-EB的失重率較小,是因為PANI-EB中含有一定的水分;在溫度大于462℃時,PANI-EB的質(zhì)量發(fā)生明顯變化,此時質(zhì)量損失率達(dá)到12.2%。由圖4和圖5可知:相對于PANI-EB,PANI-HA、PANI-SA、PANI-SSA、PANI-TSA和PANI-DBSA的熱穩(wěn)定性有所降低,尤其是PANI-HA和PANI-SA,因為HCl和H3摻雜聚羧酸摻雜pani的性能與表征(1)以PANI-EB為原料,分別以1.0mol/LHA、SA、SSA、TSA和DBSA為摻雜酸,采用摻雜法對PANI-EB進行摻雜,制備出PANI-HA、PANI-SA、PANI-SSA、PANI-TSA和PANI-DBSA。(2)通過紅外光譜分析、紫外-可見光光譜分析和熱重分析對PANI-HA、PANI-SA、PANI-SSA、PANI-TSA和PANI-DBSA的結(jié)構(gòu)與性能進行測試與表征,對比分析了摻雜態(tài)PANI的結(jié)構(gòu)特點以及電導(dǎo)率、溶解性和熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明:有機酸摻雜PANI的特性黏度比無機